JP2011067038A - Charge pump - Google Patents
Charge pump Download PDFInfo
- Publication number
- JP2011067038A JP2011067038A JP2009216696A JP2009216696A JP2011067038A JP 2011067038 A JP2011067038 A JP 2011067038A JP 2009216696 A JP2009216696 A JP 2009216696A JP 2009216696 A JP2009216696 A JP 2009216696A JP 2011067038 A JP2011067038 A JP 2011067038A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- output
- mode
- capacitor
- voltage
- flying
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
- 239000003990 capacitor Substances 0.000 claims abstract description 176
- 230000007704 transition Effects 0.000 claims abstract description 43
- 238000009499 grossing Methods 0.000 claims abstract description 19
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 40
- UXFQFBNBSPQBJW-UHFFFAOYSA-N 2-amino-2-methylpropane-1,3-diol Chemical compound OCC(N)(C)CO UXFQFBNBSPQBJW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 27
- CQTRUFMMCCOKTA-UHFFFAOYSA-N diacetoneamine hydrogen oxalate Natural products CC(=O)CC(C)(C)N CQTRUFMMCCOKTA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 27
- 241000406799 Deto Species 0.000 description 23
- 239000013256 coordination polymer Substances 0.000 description 14
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 8
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 7
- 230000002159 abnormal effect Effects 0.000 description 3
- 230000005856 abnormality Effects 0.000 description 2
- 238000013459 approach Methods 0.000 description 2
- 230000005669 field effect Effects 0.000 description 2
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 2
- 238000000034 method Methods 0.000 description 2
- 230000003071 parasitic effect Effects 0.000 description 2
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 2
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 2
- AVKUERGKIZMTKX-NJBDSQKTSA-N ampicillin Chemical compound C1([C@@H](N)C(=O)N[C@H]2[C@H]3SC([C@@H](N3C2=O)C(O)=O)(C)C)=CC=CC=C1 AVKUERGKIZMTKX-NJBDSQKTSA-N 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 238000007562 laser obscuration time method Methods 0.000 description 1
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
- H02M3/00—Conversion of dc power input into dc power output
- H02M3/02—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac
- H02M3/04—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters
- H02M3/06—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using resistors or capacitors, e.g. potential divider
- H02M3/07—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using resistors or capacitors, e.g. potential divider using capacitors charged and discharged alternately by semiconductor devices with control electrode, e.g. charge pumps
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Dc-Dc Converters (AREA)
- Amplifiers (AREA)
Abstract
Description
この発明は、単一の入力電源を利用して正および負の極性を持った電源電圧を発生するチャージポンプに関する。 The present invention relates to a charge pump that generates a power supply voltage having positive and negative polarities using a single input power supply.
チャージポンプは、複数のキャパシタ間の電荷の移動を行うことにより所望の極性および大きさを持った電圧を生成するDC/DCコンバータである。なお、この種のチャージポンプは、例えば特許文献1に開示されている。 The charge pump is a DC / DC converter that generates a voltage having a desired polarity and magnitude by moving charges between a plurality of capacitors. In addition, this kind of charge pump is disclosed by patent document 1, for example.
ところで、チャージポンプの用途によっては、高電圧と低電圧の2種類の電圧を選択して発生し、この出力電圧を発生しながら昇圧指令に応じて出力電圧を低電圧から高電圧に切り換え、降圧指令に応じて出力電圧を高電圧から低電圧に切り換える機能が求められる場合がある。ここで、前者の高電圧を発生するためには、入力電源の出力電圧を1個のキャパシタに印加する動作と、このキャパシタの充電電荷を負荷の電源端子に接続された出力用キャパシタに再分配する動作を繰り返せばよい。また、後者の低電圧を発生するためには、入力電源の出力電圧を直列接続された2個のキャパシタに印加する動作と、この直列接続された2個のキャパシタのうちの1個のキャパシタの充電電荷を負荷の電源端子に接続された出力用キャパシタに再分配する動作を繰り返せばよい。しかし、チャージポンプを高電圧を出力する動作状態から低電圧を出力する動作状態に遷移させる場合、1つの問題が発生する。すなわち、高電圧を出力する動作状態が終了するとき、キャパシタには入力電源の出力電圧に等しい電圧が残っているので、低電圧を出力する動作状態が始まると、入力電源に対して、その充電電圧の残ったキャパシタと他の1つのキャパシタとを直列接続したものが接続されることとなり、入力電源の電圧出力部に過大電圧が発生し、チャージポンプが動作異常を引き起こす場合がある。 By the way, depending on the application of the charge pump, two types of voltage, high voltage and low voltage, are selected and generated. While generating this output voltage, the output voltage is switched from the low voltage to the high voltage according to the boost command. There is a case where a function for switching the output voltage from a high voltage to a low voltage is required in accordance with a command. Here, in order to generate the former high voltage, the operation of applying the output voltage of the input power supply to one capacitor and the charge charge of this capacitor are redistributed to the output capacitor connected to the power supply terminal of the load. The operation to be repeated may be repeated. In order to generate the latter low voltage, the operation of applying the output voltage of the input power supply to two capacitors connected in series, and the operation of one capacitor out of the two capacitors connected in series. What is necessary is just to repeat the operation of redistributing the charge to the output capacitor connected to the power supply terminal of the load. However, one problem arises when the charge pump is transitioned from an operating state that outputs a high voltage to an operating state that outputs a low voltage. That is, when the operation state for outputting a high voltage ends, a voltage equal to the output voltage of the input power supply remains in the capacitor. Therefore, when the operation state for outputting a low voltage starts, the input power supply is charged. A capacitor in which the voltage remains and another capacitor are connected in series, and an excessive voltage is generated in the voltage output portion of the input power supply, which may cause an abnormal operation of the charge pump.
この発明は、以上説明した事情に鑑みてなされたものであり、高電圧と低電圧の2種類の電圧を選択して発生することが可能であり、高電圧を出力する動作状態から低電圧を出力する動作状態への遷移を円滑に行うことができるチャージポンプを提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the circumstances described above, and can be generated by selecting two types of voltages, a high voltage and a low voltage, and a low voltage can be generated from an operating state that outputs a high voltage. An object of the present invention is to provide a charge pump capable of smoothly transitioning to an output operating state.
この発明は、第1および第2の出力用キャパシタと、フライングキャパシタと、入力電源との間に介在するスイッチ回路と、前記スイッチ回路を制御する制御部とを具備するチャージポンプであり、
前記チャージポンプは、動作モードとして、高電圧出力モードと、低電圧出力モードと、中継モードとを有し、前記制御部は、前記高電圧出力モードでは、前記フライングキャパシタおよび前記第1の出力用キャパシタの各々に対して前記入力電源の出力電圧を印加する第1のチャージ動作と、前記フライングキャパシタを前記第1の出力用キャパシタから切り離して前記第2の出力用キャパシタに並列接続するフライング動作とを前記スイッチ回路に繰り返し実行させることにより、正および負の電圧を前記第1および第2の出力用キャパシタから出力させ、前記低電圧出力モードでは、前記フライングキャパシタおよび前記第1の出力用キャパシタを直列接続し、直列接続された前記フライングキャパシタおよび前記第1の出力用キャパシタに対して前記入力電源の出力電圧を印加する第2のチャージ動作と、前記フライングキャパシタおよび前記第1の出力用キャパシタを並列接続する平滑化動作と、前記フライングキャパシタを前記第1の出力用キャパシタから切り離して前記第2の出力用キャパシタに並列接続するフライング動作とを前記スイッチ回路に繰り返し実行させることにより、前記高電圧出力モード時において出力されるものよりも低電圧の正および負の電圧を前記第1および第2の出力用キャパシタから出力させ、前記中継モードでは、前記入力電源を前記第1および第2の出力用キャパシタと前記フライングキャパシタとから切り離して、前記フライングキャパシタおよび前記第1の出力用キャパシタを並列接続する平滑化動作と、前記フライングキャパシタを前記第1の出力用キャパシタから切り離して前記第2の出力用キャパシタに並列接続するフライング動作とを前記スイッチ回路に繰り返し実行させ、前記チャージポンプの動作モードが前記低電圧出力モードである期間に、昇圧指令が与えられたとき、前記スイッチ回路の動作モードを前記低電圧出力モードから前記高電圧出力モードに遷移させ、前記チャージポンプの動作モードが前記高電圧出力モードである期間に、降圧指令が与えられたとき、前記動作モードを前記高電圧出力モードから前記中継モードに遷移させ、その後、前記低電圧出力モードに遷移させることを特徴とするチャージポンプを提供する。
The present invention is a charge pump comprising first and second output capacitors, a flying capacitor, a switch circuit interposed between input power supplies, and a control unit for controlling the switch circuit,
The charge pump has a high voltage output mode, a low voltage output mode, and a relay mode as operation modes, and the control unit is configured to operate the flying capacitor and the first output in the high voltage output mode. A first charging operation for applying an output voltage of the input power source to each of the capacitors; and a flying operation for separating the flying capacitor from the first output capacitor and connecting the flying capacitor in parallel to the second output capacitor; Are repeatedly executed by the switch circuit to output positive and negative voltages from the first and second output capacitors. In the low voltage output mode, the flying capacitor and the first output capacitor are The flying capacitor connected in series and the first output capacitor connected in series A second charge operation for applying the output voltage of the input power source to the input device, a smoothing operation for connecting the flying capacitor and the first output capacitor in parallel, and the flying capacitor for the first output. A positive and negative voltage lower than that output in the high voltage output mode by causing the switch circuit to repeatedly perform a flying operation of separating from the capacitor and connecting in parallel to the second output capacitor. Are output from the first and second output capacitors, and in the relay mode, the input power source is separated from the first and second output capacitors and the flying capacitor, and the flying capacitor and the first capacitor are separated from each other. Smoothing operation of connecting output capacitors in parallel, and the flying capacity A period in which the switch circuit repeatedly executes a flying operation in which the switch is disconnected from the first output capacitor and connected in parallel to the second output capacitor, and the operation mode of the charge pump is the low voltage output mode When the step-up command is given, the operation mode of the switch circuit is changed from the low-voltage output mode to the high-voltage output mode, and during the period when the operation mode of the charge pump is the high-voltage output mode, When a command is given, a charge pump is provided, wherein the operation mode is changed from the high voltage output mode to the relay mode, and then is changed to the low voltage output mode.
かかる発明によれば、高電圧出力モードから低電圧出力モードへの遷移の際に、中継モードを経由させるので、この中継モードでの動作を経ることにより第1および第2の出力用キャパシタ並びにフライングキャパシタの充電電圧を低下させることができ、円滑に低電圧出力モードに遷移させることができる。 According to this invention, when the transition from the high-voltage output mode to the low-voltage output mode is made, the relay mode is passed, so that the first and second output capacitors and the flying are obtained through the operation in the relay mode. The charging voltage of the capacitor can be lowered, and the transition to the low voltage output mode can be made smoothly.
以下、図面を参照し、この発明の実施の形態を説明する。
図1は、この発明の一実施形態であるチャージポンプ1を含む電力増幅回路の構成を示す回路図である。この電力増幅回路は、電源回路としてのチャージポンプ1と、負荷駆動部2と、出力状態検出部3とを有している。ここで、チャージポンプ1は、負荷駆動部2に供給する正および負の各電源電圧を発生する電源回路である。負荷駆動部2は、チャージポンプ1から正および負の電源電圧の供給を受け、図示しない前段回路から与えられる入力信号AMPIを増幅し、出力信号AMPOとして負荷(図示略)に与えるアンプである。出力状態検出部3は、負荷駆動部2の出力状態を監視し、負荷駆動部2に供給される電源電圧に対して負荷駆動部2の出力信号AMPOのレベルが所定限度を越えて接近したか否かを示す出力状態検出信号DETOを出力する回路である。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
FIG. 1 is a circuit diagram showing a configuration of a power amplifier circuit including a charge pump 1 according to an embodiment of the present invention. The power amplifier circuit includes a charge pump 1 as a power supply circuit, a
図示のように、チャージポンプ1は、制御部10と、スイッチ回路20と、端子CPVDD、CP、GND、CNおよびCPVSSを有している。そして、端子CPVDDは負荷駆動部2の正電源端子に接続され、端子CPVSSは負荷駆動部2の負電源端子に接続される。また、端子GNDは接地され、端子CPVDDと接地線との間には出力用キャパシタC1が、端子CPVSSと接地線との間には出力用キャパシタC2が、端子CPおよびCN間にはフライングキャパシタC3が介挿される。出力用キャパシタC1、出力用キャパシタC2およびフライングキャパシタC3は、理想的には同じ容量値を有している。なお、以下では、説明の便宜のため、端子CPVDDに発生する電圧を電圧CPVDD、端子CPに発生する電圧を電圧CP、端子GNDに発生する電圧を電圧GND、端子CNに発生する電圧を電圧CN、端子CPVSSに発生する電圧を電圧CPVSSというように表記する場合がある。
As illustrated, the charge pump 1 includes a
スイッチ回路20は、Pチャネルの電界効果トランジスタ(以下、単にトランジスタという)P1〜P5と、NチャネルトランジスタN1〜N3とを有する。ここで、PチャネルトランジスタP1は電源HPVDDおよび端子CP間に、PチャネルトランジスタP2は電源HPVDDおよび端子CPVDD間に、PチャネルトランジスタP3は端子CPVDDおよび端子CP間に、PチャネルトランジスタP4は端子CPVDDおよびCN間に各々介挿され、PチャネルトランジスタP5は電源SPVDDおよび端子CP間に介挿されている。電源HPVDDの電圧値は例えば1.8Vである。また、電源SPVDDの電圧値は、電源HPVDDの電圧値よりも大きく、例えば3.6Vである。NチャネルトランジスタN1は端子CPおよび端子GND間に、NチャネルトランジスタN2は端子CNおよび端子GND間に、NチャネルトランジスタN3は端子CNおよび端子CPVSS間に各々介挿されている。 The switch circuit 20 includes P-channel field effect transistors (hereinafter simply referred to as transistors) P1 to P5 and N-channel transistors N1 to N3. Here, the P-channel transistor P1 is between the power supply HPVDD and the terminal CP, the P-channel transistor P2 is between the power supply HPVDD and the terminal CPVDD, the P-channel transistor P3 is between the terminals CPVDD and CP, and the P-channel transistor P4 is at the terminal CPVDD and The P channel transistor P5 is inserted between the power supply SPVDD and the terminal CP. The voltage value of the power supply HPVDD is, for example, 1.8V. The voltage value of the power supply SPVDD is larger than the voltage value of the power supply HPVDD, for example, 3.6V. The N channel transistor N1 is inserted between the terminal CP and the terminal GND, the N channel transistor N2 is inserted between the terminal CN and the terminal GND, and the N channel transistor N3 is inserted between the terminal CN and the terminal CPVSS.
本実施形態におけるチャージポンプ1は、動作モードとして、高電圧出力モードと、低電圧出力モードと、中継モードと、ハイパワーモードとを有している。 The charge pump 1 in the present embodiment has a high voltage output mode, a low voltage output mode, a relay mode, and a high power mode as operation modes.
高電圧出力モードは、電源電圧HPVDDと同じ大きさの正の電圧CPVDD(=HPVDD)と負の電圧CPVSS(=−HPVDD)を端子CPVDDおよびCPVSSから出力する動作モードである。低電圧出力モードは、電源電圧HPVDDの1/2の大きさの正の電圧CPVDD(=HPVDD/2)と負の電圧CPVSS(=−HPVDD/2)を端子CPVDDおよびCPVSSから出力する動作モードである。中継モードは、高電圧出力モードから低電圧出力モードへの遷移をスムーズに行わせるために設けられた動作モードである。高電圧出力モード、低電圧出力モードおよび中継モードでは、電源HPVDDのみを使用し、電源SPVDDは使用しない。ハイパワーモードは、電源電圧HPVDDと同じ大きさの正の電圧CPVDD(=HPVDD)と任意の大きさの負の電圧CPVSSを端子CPVDDおよびCPVSSから出力する動作モードである。このハイパワーモードでは、電源HPVDDに加えて電源SPVDDを使用し、電源電圧SPVDD以内の範囲内において、電源電圧HPVDDよりも大きな電圧値の負の電圧CPVSSを発生可能である。 The high voltage output mode is an operation mode in which a positive voltage CPVDD (= HPVDD) and a negative voltage CPVSS (= −HPVDD) having the same magnitude as the power supply voltage HPVDD are output from the terminals CPVDD and CPVSS. The low voltage output mode is an operation mode in which a positive voltage CPVDD (= HPVDD / 2) and a negative voltage CPVSS (= −HPVDD / 2), which are 1/2 the magnitude of the power supply voltage HPVDD, are output from the terminals CPVDD and CPVSS. is there. The relay mode is an operation mode provided in order to smoothly transition from the high voltage output mode to the low voltage output mode. In the high voltage output mode, the low voltage output mode, and the relay mode, only the power supply HPVDD is used, and the power supply SPVDD is not used. The high power mode is an operation mode in which a positive voltage CPVDD (= HPVDD) having the same magnitude as the power supply voltage HPVDD and a negative voltage CPVSS having an arbitrary magnitude are output from the terminals CPVDD and CPVSS. In this high power mode, the power supply SPVDD is used in addition to the power supply HPVDD, and a negative voltage CPVSS having a voltage value larger than the power supply voltage HPVDD can be generated within a range within the power supply voltage SPVDD.
制御部10は、以上の各動作モード間の遷移の制御および各動作モードでのスイッチ回路20の制御を行う回路である。この制御部10は、所定周波数のクロックCLKに同期し、PチャネルトランジスタP1〜P5およびNチャネルトランジスタN1〜N3の各ゲートに与えるゲート電圧を動作モード毎に定められた手順に従って切り換えることにより、上述した各動作モードを実現する。なお、高電圧出力モード、低電圧出力モードおよび中継モードを実現するためのスイッチ回路20の制御の詳細については後述する。また、ハイパワーモードは、本発明の特徴との関係が希薄であるため、その詳細については説明を省略する。
The
本実施形態では、負荷駆動部2の出力状態に基づいて低電圧出力モードおよび高電圧出力モード間の遷移が行われるようになっている。出力状態検出部3は、このモード遷移の契機となる情報を発生する回路である。さらに詳述すると、出力状態検出部3は、負荷駆動部2の出力状態を監視し、負荷駆動部2に供給される電源電圧(具体的には正の電源電圧CPVDDおよび負の電源電圧CPVSS)に対して負荷駆動部2の出力信号AMPOのレベルが所定限度を越えて接近したか否かを示す出力状態検出信号DETOを出力する回路である。
In the present embodiment, the transition between the low voltage output mode and the high voltage output mode is performed based on the output state of the
図2(a)〜(c)は、この出力状態検出部3の各種の構成例を示す回路図である。図2(a)に示す出力状態検出部3Aにおいて、抵抗31および定電流源32は、各々の共通接続点から基準レベルREFPを発生する回路を構成している。ここで、抵抗31は、電源CPVDDと定電流源32との間に介挿されており、定電流源32の電流が流れる。従って、定電流源32の電流値をI0、抵抗31の抵抗値をR0とした場合、抵抗31および定電流源32の共通接続点から得られる基準レベルREFPは、CPVDD−I0・R0となる。また、抵抗33および定電流源34は、各々の共通接続点から基準レベルREFMを発生する回路を構成している。ここで、抵抗33は、電源CPVSSと定電流源34との間に介挿されており、定電流源34の電流が流れる。従って、定電流源34の電流値を定電流源32と同様にI0、抵抗33の抵抗値を抵抗31と同様にR0とした場合、抵抗33および定電流源34の共通接続点から得られる基準レベルREFMは、CPVSS+I0・R0となる。コンパレータ35は、負荷駆動部2の出力信号AMPOが基準レベルREFPより高い場合にHレベル、それ以外の場合にLレベルとなる信号を出力する。コンパレータ36は、負荷駆動部2の出力信号AMPOが基準レベルREFMより低い場合にHレベル、それ以外の場合にLレベルとなる信号を出力する。ORゲート37は、コンパレータ35および36の各出力信号の両方がLレベルである場合には出力状態検出信号DETOをLレベルとし、コンパレータ35および36の各出力信号の少なくとも一方がHレベルである場合に出力状態検出信号DETOをHレベルとする。従って、出力状態検出信号DETOは、負荷駆動部2の出力信号AMPOが基準レベルREFPと基準レベルREFMの間の範囲内に収まっているときはLレベルとなり、出力信号AMPOが一定限度を越えて電源電圧CPVDDまたはCPVSSに接近したとき、具体的には出力信号AMPOが基準レベルREFPよりも高くなったとき、または基準レベルREFMよりも低くなったときにHレベルとなる。
FIGS. 2A to 2C are circuit diagrams illustrating various configuration examples of the output
図2(b)に示す出力状態検出部3Bは、図2(a)に示す出力状態検出部3Aにおいて基準レベルREFPおよびREFMを発生する回路の変更を行ったものである。コンパレータ35、36およびORゲート37からなる部分の回路構成は図2(a)に示すものと同じである。出力状態検出部3Bにおいて、基準レベルREFPおよびREFMを発生する回路は、同じ抵抗値を有する抵抗41、42および43と、Nチャネルトランジスタ44と、オペアンプ45とにより構成されている。ここで、抵抗41、42および43は、バンドギャップリファレンス回路のような一定の基準レベルREFVを発生する電圧源と、Nチャネルトランジスタ44のドレインとの間に直列に介挿されている。Nチャネルトランジスタ44は、ソースが電源CPVSSに接続されている。オペアンプ45は、正相入力端子(+端子)が接地されており、逆相入力端子(−端子)が抵抗42および43の共通接続点に接続されている。この構成によれば、抵抗42および43の共通接続点を介してオペアンプ45への負帰還が行われ、オペアンプ45は、抵抗42および43の共通接続点の電位が接地電位となるようにNチャネルトランジスタ44に対してゲート電圧の出力を行う。このため、抵抗41および42の共通接続点から得られる基準レベルREFPはREFV/2となり、Nチャネルトランジスタ44のドレインから得られる基準レベルREFMは−REFV/2となる。
The output
図2(c)に示す出力状態検出部3Cは、負荷駆動部2の出力段のトランジスタに流れる電流を検出し、その検出結果に基づいて出力状態検出信号DETOを出力する回路である。図2(c)に示す例において、負荷駆動部2は、電源CPVDDおよびCPVSS間に直列に介挿されたPチャネルトランジスタ21およびNチャネルトランジスタ22を有しており、これらの両トランジスタのドレイン同士の接続点から出力信号AMPOを出力する。そして、負荷駆動部2では、Pチャネルトランジスタ21に与えるゲート電圧を調整し、Pチャネルトランジスタ21に流すドレイン電流を増加させることにより出力信号AMPOを上昇させ、Nチャネルトランジスタ22に与えるゲート電圧を調整し、Nチャネルトランジスタ22に流すドレイン電流を増加させることにより出力信号AMPOを低下させる。図2(c)に示す出力状態検出部3Cでは、この負荷駆動部2のPチャネルトランジスタ21およびNチャネルトランジスタ22に各々流れるドレイン電流を検出し、その検出結果に基づいて、負荷駆動部2の出力信号AMPOが電源電圧CPVDDおよびCPVSSに一定限度を越えて接近したか否かを判定する。さらに詳述すると次の通りである。
The output
まず、Pチャネルトランジスタ51は、ソースが電源電圧CPVDDに固定され、ゲートには負荷駆動部2のPチャネルトランジスタ21に与えられるものと同じゲート電圧が与えられるようになっており、Pチャネルトランジスタ21とともにカレントミラーを構成している。従って、Pチャネルトランジスタ51にはPチャネルトランジスタ21のドレイン電流のk1倍(k1はPチャネルトランジスタ21のトランジスタサイズとPチャネルトランジスタ51のトランジスタサイズの比により定まる係数)のドレイン電流が流れる。このPチャネルトランジスタ51のドレインには定電流源52が接続されている。この定電流源52の電流値は、負荷駆動部2の出力信号AMPOのレベルがある上限レベル(図2(a)または(b)における基準レベルREFPに相当するレベル)となるときのPチャネルトランジスタ21のドレイン電流値をk1倍した値となっている。従って、負荷駆動部2の出力信号AMPOのレベルが上限レベルよりも低い場合には、Pチャネルトランジスタ51のドレイン電流値は定電流源52の電流値よりも小さくなり、Pチャネルトランジスタ51のドレイン電圧は、電源電圧CPVDDから大きく低下した電圧値であるLレベルとなる。一方、負荷駆動部2の出力信号AMPOのレベルが上限レベルよりも高い場合には、Pチャネルトランジスタ51のドレイン電流値は定電流源52の電流値よりも大きくなり、Pチャネルトランジスタ51のドレイン電圧は、電源電圧CPVDDに近い電圧値であるHレベルとなる。このPチャネルトランジスタ51のドレイン電圧は、インバータ55および56を介してORゲート58に与えられる。
First, the source of the P-
次に、Nチャネルトランジスタ53は、ソースが電源電圧CPVSSに固定され、ゲートには負荷駆動部2のNチャネルトランジスタ22に与えられるものと同じゲート電圧が与えられるようになっており、Nチャネルトランジスタ22とともにカレントミラーを構成している。従って、Nチャネルトランジスタ53にはNチャネルトランジスタ22のドレイン電流のk2倍(k2はNチャネルトランジスタ22のトランジスタサイズとNチャネルトランジスタ53のトランジスタサイズの比により定まる係数)のドレイン電流が流れる。このNチャネルトランジスタ53のドレインには定電流源54が接続されている。この定電流源54の電流値は、負荷駆動部2の出力信号AMPOのレベルがある下限レベル(図2(a)または(b)における基準レベルREFMに相当するレベル)となるときのNチャネルトランジスタ22のドレイン電流値をk2倍した値となっている。従って、負荷駆動部2の出力信号AMPOのレベルが下限レベルよりも高い場合には、Nチャネルトランジスタ53のドレイン電流値は定電流源54の電流値よりも小さくなり、Nチャネルトランジスタ53のドレイン電圧は、電源電圧CPVSSから大きく上昇した電圧値であるHレベルとなる。一方、負荷駆動部2の出力信号AMPOのレベルが下限レベルよりも低い場合には、Nチャネルトランジスタ53のドレイン電流値は定電流源54の電流値よりも大きくなり、Nチャネルトランジスタ53のドレイン電圧は、電源電圧CPVSSに近い電圧値であるLレベルとなる。このNチャネルトランジスタ53のドレイン電圧は、インバータ57を介することによりレベル反転され、ORゲート58に与えられる。
Next, the source of the N-
ORゲート58は、インバータ56および57の各出力信号が両方ともLレベルの場合に出力状態検出信号DETOをLレベルとし、インバータ56および57の各出力信号の少なくとも一方がHレベルの場合、すなわち、負荷駆動部2の出力信号AMPOのレベルが上限レベルよりも高いか下限レベルよりも低い場合に出力状態検出信号DETOをHレベルとする。
The
次にチャージポンプ1の各動作モードの詳細について説明する。図3は高電圧出力モードにおけるチャージポンプ1の状態の遷移を示す図である。図3に示すように、高電圧出力モードにおいて、チャージポンプ1は、クロックCLKに同期して、チャージ動作(図3(a)参照)と、フライング動作(図3(c)参照)を交互に繰り返す。 Next, details of each operation mode of the charge pump 1 will be described. FIG. 3 is a diagram showing a state transition of the charge pump 1 in the high voltage output mode. As shown in FIG. 3, in the high voltage output mode, the charge pump 1 alternately performs a charge operation (see FIG. 3A) and a flying operation (see FIG. 3C) in synchronization with the clock CLK. repeat.
まず、チャージ動作(図3(a)参照)において、制御部10は、スイッチ回路20のPチャネルトランジスタP1、P2およびNチャネルトランジスタN2をONとし、それ以外のトランジスタをOFFとする。この結果、図示のように、電源HPVDD→PチャネルトランジスタP2→出力用キャパシタC1→接地線という経路を介して出力用キャパシタC1の充電が行われ、出力用キャパシタC1に電源電圧HPVDDが印加される。また、図示のように、電源HPVDD→PチャネルトランジスタP1→フライングキャパシタC3→NチャネルトランジスタN2→接地線という経路を介してフライングキャパシタC3の充電が行われ、フライングキャパシタC3に電源電圧HPVDDが印加される。この場合において、フライングキャパシタC3は、端子CP側の電極に正の電荷が、端子CN側の電極に負の電荷が充電された状態となっている。
First, in the charging operation (see FIG. 3A), the
チャージ動作(図3(a)参照)が一定期間行われると、その後、フライング動作(図3(c)参照)が一定期間行われる。このフライング動作(図3(c)参照)において、制御部10は、スイッチ回路20のPチャネルトランジスタP2、NチャネルトランジスタN1およびN3をONとし、それ以外のトランジスタをOFFとする。この結果、図示のように、電源HPVDD→PチャネルトランジスタP2→出力用キャパシタC1→接地線という経路を介して出力用キャパシタC1の充電が行われ、出力用キャパシタC1に電源電圧HPVDDが印加される。また、図示のように、接地線→NチャネルトランジスタN1→フライングキャパシタC3→NチャネルトランジスタN3→出力用キャパシタC2→接地線という経路が形成される。そして、フライングキャパシタC3は、正の電荷が充電された端子CP側の電極をNチャネルトランジスタN1を介して接地させ、負の電荷が充電された端子CN側の電極をNチャネルトランジスタN3を介して端子CPVSSに接続させ、出力用キャパシタC2と並列接続される。このようにして、フライングキャパシタC3の充電電圧HPVDDが逆極性となって出力用キャパシタC2に印加され、出力用キャパシタC2の充電電圧CPVSSが−HPVDDとなる。
If the charging operation (see FIG. 3A) is performed for a certain period, then the flying operation (see FIG. 3C) is performed for a certain period. In this flying operation (see FIG. 3C), the
以後、同様に、チャージ動作とフライング動作が繰り返され、端子CPVDDから負荷駆動部2の正電源端子に電源電圧CPVDD=HPVDDが、端子CPVSSから負荷駆動部2の負電源端子に電源電圧CPVSS=−HPVDDが供給される。
Thereafter, similarly, the charging operation and the flying operation are repeated, and the power supply voltage CPVDD = HPVDD from the terminal CPVDD to the positive power supply terminal of the
図4は低電圧出力モードにおけるチャージポンプ1の状態の遷移を示す図である。図4に示すように、低電圧出力モードにおいて、チャージポンプ1は、クロックCLKに同期して、チャージ動作(図4(a)参照)と、平滑化動作(図4(b)参照)と、フライング動作(図4(c)参照)を順次かつ巡回的に繰り返す。 FIG. 4 is a diagram showing state transition of the charge pump 1 in the low voltage output mode. As shown in FIG. 4, in the low voltage output mode, the charge pump 1 synchronizes with the clock CLK, the charge operation (see FIG. 4A), the smoothing operation (see FIG. 4B), The flying operation (see FIG. 4C) is repeated sequentially and cyclically.
まず、チャージ動作(図4(a)参照)において、制御部10は、スイッチ回路20のPチャネルトランジスタP1およびP4をONとし、それ以外のトランジスタをOFFとする。この結果、図示のように、電源HPVDD→PチャネルトランジスタP1→フライングキャパシタC3→PチャネルトランジスタP4→出力用キャパシタC1→接地線という経路が形成される。そして、このように電源HPVDDおよび接地線間にフライングキャパシタC3および出力用キャパシタC1を直列接続した状態で、フライングキャパシタC3および出力用キャパシタC1の充電が行われる。この場合、フライングキャパシタC3および出力用キャパシタC1は、電源HPVDDおよび接地線間にいわば縦積された状態であり、各々HPVDD/2ずつ電圧が印加される。この場合において、フライングキャパシタC3は、端子CP側の電極に正の電荷が、端子CN側の電極に負の電荷が充電された状態となっている。
First, in the charging operation (see FIG. 4A), the
チャージ動作(図4(a)参照)が一定期間行われると、その後、平滑化動作(図4(b)参照)が一定期間行われる。この平滑化動作(図4(b)参照)において、制御部10は、スイッチ回路20のPチャネルトランジスタP3、NチャネルトランジスタN2をONとし、それ以外のトランジスタをOFFとする。この結果、図示のように、接地線→NチャネルトランジスタN2→フライングキャパシタC3→PチャネルトランジスタP3→出力用キャパシタC1→接地線という経路が形成される。これにより、フライングキャパシタC3は、負の電荷が充電された端子CN側の電極をNチャネルトランジスタN2を介して接地させ、正の電荷が充電された端子CP側の電極をPチャネルトランジスタP3を介して端子CPVDDに接続させ、出力用キャパシタC1と並列接続される。この結果、出力用キャパシタC1の充電電圧とフライングキャパシタC3の充電電圧が同じになり、出力用キャパシタC1の充電電圧CPVDDがHPVDD/2となる。
If the charging operation (see FIG. 4A) is performed for a certain period, then the smoothing operation (see FIG. 4B) is performed for a certain period. In the smoothing operation (see FIG. 4B), the
平滑化動作(図4(b)参照)が一定期間行われると、その後、フライング動作(図4(c)参照)が一定期間行われる。このフライング動作(図4(c)参照)において、制御部10は、スイッチ回路20のNチャネルトランジスタN1およびN3をONとし、それ以外のトランジスタをOFFとする。この結果、図示のように、接地線→NチャネルトランジスタN1→フライングキャパシタC3→NチャネルトランジスタN3→出力用キャパシタC2→接地線という経路が形成される。これにより、フライングキャパシタC3は、正の電荷が充電された端子CP側の電極をNチャネルトランジスタN1を介して接地させ、負の電荷が充電された端子CN側の電極をNチャネルトランジスタN3を介して端子CPVSSに接続させ、出力用キャパシタC2と並列接続される。このようにして、フライングキャパシタC3の充電電圧HPVDD/2が逆極性となって出力用キャパシタC2に印加され、出力用キャパシタC2の充電電圧CPVSSが−HPVDD/2となる。
If the smoothing operation (see FIG. 4B) is performed for a certain period, then the flying operation (see FIG. 4C) is performed for a certain period. In this flying operation (see FIG. 4C), the
以後、同様に、チャージ動作、平滑化動作、フライング動作が順次かつ巡回的に繰り返され、端子CPVDDから負荷駆動部2の正電源端子に電源電圧CPVDD=HPVDD/2が、端子CPVSSから負荷駆動部2の負電源端子に電源電圧CPVSS=−HPVDD/2が供給される。
Thereafter, similarly, the charging operation, the smoothing operation, and the flying operation are sequentially and cyclically repeated so that the power supply voltage CPVDD = HPVDD / 2 is transferred from the terminal CPVDD to the positive power supply terminal of the
図5は中継モードにおけるチャージポンプ1の状態の遷移を示す図である。図5に示すように、中継モードにおいて、チャージポンプ1は、クロックCLKに同期して、オールOFF動作(図5(a)参照)と、平滑化動作(図5(b)参照)と、フライング動作(図5(c)参照)を順次かつ巡回的に繰り返す。 FIG. 5 is a diagram showing state transition of the charge pump 1 in the relay mode. As shown in FIG. 5, in the relay mode, the charge pump 1 synchronizes with the clock CLK, the all-OFF operation (see FIG. 5A), the smoothing operation (see FIG. 5B), the flying The operation (see FIG. 5C) is repeated sequentially and cyclically.
まず、オールOFF動作(図5(a)参照)において、制御部10は、スイッチ回路20の全てのトランジスタをOFFとする。このオールOFF動作が持続する間、フライングキャパシタC3は、同じ充電電圧を維持する。出力用キャパシタC1およびC2は、負荷駆動部2の正電源端子および負電源端子に各々接続されている。このため、出力用キャパシタC1およびC2の各充電電荷は負荷駆動部2によって消費され、出力用キャパシタC1およびC2の各充電電圧の大きさは徐々に低下する。
First, in the all-OFF operation (see FIG. 5A), the
オールOFF動作(図5(a)参照)が一定期間行われると、その後、平滑化動作(図5(b)参照)が一定期間行われる。この平滑化動作(図5(b)参照)において、制御部10は、低電圧出力モードの平滑化動作の場合と同様、スイッチ回路20のPチャネルトランジスタP3、NチャネルトランジスタN2をONとし、それ以外のトランジスタをOFFとする。この結果、出力用キャパシタC1の充電電圧とフライングキャパシタC3の充電電圧が同じになる。
If the all-OFF operation (see FIG. 5A) is performed for a certain period, then the smoothing operation (see FIG. 5B) is performed for a certain period. In this smoothing operation (see FIG. 5B), the
平滑化動作(図5(b)参照)が一定期間行われると、その後、フライング動作(図5(c)参照)が一定期間行われる。このフライング動作(図5(c)参照)において、制御部10は、低電圧出力モードのフライング動作の場合と同様、スイッチ回路20のNチャネルトランジスタN1およびN3をONとし、それ以外のトランジスタをOFFとする。この結果、端子CP側の電極を接地させた状態でフライングキャパシタC3が出力用キャパシタC2に並列接続され、出力用キャパシタC2の充電電圧は、フライングキャパシタC3の充電電圧と同じ大きさの負の電圧となる。
If the smoothing operation (see FIG. 5B) is performed for a certain period, then the flying operation (see FIG. 5C) is performed for a certain period. In this flying operation (see FIG. 5C), the
以後、同様に、チャージ動作、平滑化動作、フライング動作が順次かつ巡回的に繰り返される。この間、出力用キャパシタC1の充電電荷および出力用キャパシタC2の充電電荷は負荷駆動部2によって消費されるため、出力用キャパシタC1およびC2並びにフライングキャパシタC3の各充電電圧は互いに同じ電圧値になりつつ次第に低下してゆく。
Thereafter, similarly, the charging operation, the smoothing operation, and the flying operation are sequentially and cyclically repeated. During this time, the charging charge of the output capacitor C1 and the charging charge of the output capacitor C2 are consumed by the
図6は、本実施形態におけるチャージポンプ1のモード間遷移の態様を示す図である。本実施形態において、出力状態検出部3が出力する出力状態検出信号DETOのLレベルからHレベルへの変化は、チャージポンプ1に対する昇圧指令となる。また、出力状態検出信号DETOのHレベルからLレベルへの変化は、チャージポンプ1に対する降圧指令となる。チャージポンプ1のモード間遷移は、このような昇圧指令または降圧指令としての出力状態検出信号DETOの変化をトリガとして行われる。まず、チャージポンプ1が低電圧出力モードで動作している場合において、負荷駆動部2に供給される電源電圧CPVDDおよびCPVSSに対して負荷駆動部2の出力信号AMPOのレベルが所定限度を越えて接近し、出力状態検出信号DETOがHレベルになったとする。この場合、制御部10は、チャージポンプ1の動作モードを低電圧出力モードから高電圧出力モードへ直ちに遷移させる。この場合において、モード遷移前の出力用キャパシタC1およびC2並びにフライングキャパシタC3の充電電圧はHPVDD/2程度であるので、チャージポンプ1の動作モードを低電圧出力モードから高電圧出力モードへ直ちに遷移させても何ら問題は生じない。
FIG. 6 is a diagram illustrating a mode transition mode of the charge pump 1 according to the present embodiment. In the present embodiment, the change from the L level to the H level of the output state detection signal DETO output by the output
一方、チャージポンプ1が高電圧出力モードで動作している場合において、出力信号AMPOの振幅が小さくなり、負荷駆動部2に供給される電源電圧CPVDDおよびCPVSSに対して負荷駆動部2の出力信号AMPOのレベルが所定限度を越えて接近した状態でなくなり、出力状態検出信号DETOがLレベルになったとする。ここで、高電圧出力モードでの動作中、出力用キャパシタC1およびC2並びにフライングキャパシタC3の各充電電圧はHPVDD程度の電圧となっている。従って、出力状態検出信号DETOがLレベルになったことに反応して、チャージポンプ1を高電圧出力モードから低電圧出力モードに即座に遷移させると、低電圧出力モードのチャージ動作では、電源HPVDDおよび接地線間にフライングキャパシタC3および出力用キャパシタC1が縦積された状態となり(図4(a)参照)、この縦積されたフライングキャパシタC3および出力用キャパシタC1の全体としての充電電圧が2HPVDD付近の電圧となるため、チャージポンプ1の動作に異常を来たす恐れがある。
On the other hand, when the charge pump 1 is operating in the high voltage output mode, the amplitude of the output signal AMPO decreases, and the output signal of the
そこで、本実施形態において、制御部10は、出力状態検出信号DETOがLレベルになった場合に、チャージポンプ1の動作モードを高電圧出力モードから中継モードに遷移させ、例えば出力用キャパシタC1の充電電圧CPVDDを監視する。この中継モードでは、出力用キャパシタC1およびC2の充電電荷を負荷駆動部2に消費させつつ、オールOFF動作と平滑化動作とフライング動作が繰り返されるため(図5(a)〜(c)参照)、出力用キャパシタC1およびC2並びにフライングキャパシタC3の各充電電圧は互いに同じ電圧になりつつ徐々に低下してゆく。そして、制御部10は、出力状態検出信号DETOがLレベルである状態において、出力用キャパシタC1の充電電圧CPVDDが十分に低い電圧、より具体的にはαHPVDD以下になったとき、チャージポンプ1の動作モードを高電圧出力モードから低電圧出力モードに遷移させる。
Therefore, in the present embodiment, when the output state detection signal DETO becomes L level, the
本実施形態において、αは0.55である。αを0.55としたのは、次の理由による。まず、図1に示す電力増幅回路は、低濃度のP型不純物がドープされたP型半導体基板上に形成されており、この電力増幅回路において各Pチャネルトランジスタは、P型半導体基板に低濃度のN型不純物をドープすることにより形成された孤立領域であるNウェルに形成されている。そして、高電圧出力モード、低電圧出力モードおよび中継モードでの動作時、図1に示すPチャネルトランジスタP1、P2、P3およびP4の各々が属する各Nウェルには、電源電圧HPVDDが与えられるようになっている。高電圧出力モードから中継モードを介して低電圧出力モードへと遷移する場合、遷移後の低電圧出力モードのチャージ動作では、電源HPVDDおよび接地線間にフライングキャパシタC3および出力用キャパシタC1が縦積された状態となる。この縦積されたフライングキャパシタC3および出力用キャパシタC1の両端間電圧が電源電圧HPVDDよりも所定電圧以上高いと、PチャネルトランジスタP1のドレインとPチャネルトランジスタP1が属するNウェルとの間に介在する寄生ダイオードに電流が流れ、チャージポンプ1の動作に異常を来たす恐れがある。しかしながら、本実施形態では、出力用キャパシタC1およびC2並びにフライングキャパシタC3の各充電電圧がαHPVDD=0.55HPVDD以下となったときに、中継モードから低電圧出力モードへの遷移を行わせる。このため、低電圧出力モードのチャージ動作において、縦積されたフライングキャパシタC3および出力用キャパシタC1の両端間電圧は1.1HPVDDとなり、HPVDD=1.8Vとすると、電源電圧HPVDDからの超過分は0.1HPVDD=0.18V程度となる。この程度の電圧超過であれば、上述した寄生ダイオードがONする恐れがなく、チャージポンプ1の動作に異常を来たすことはない。以上が、αを0.55とした理由である。 In the present embodiment, α is 0.55. The reason why α is set to 0.55 is as follows. First, the power amplifier circuit shown in FIG. 1 is formed on a P-type semiconductor substrate doped with a low-concentration P-type impurity. In this power amplifier circuit, each P-channel transistor is formed on the P-type semiconductor substrate at a low concentration. It is formed in an N well which is an isolated region formed by doping the N-type impurity. When operating in the high voltage output mode, the low voltage output mode, and the relay mode, the power supply voltage HPVDD is applied to each N well to which each of the P channel transistors P1, P2, P3, and P4 shown in FIG. 1 belongs. It has become. When transitioning from the high voltage output mode to the low voltage output mode via the relay mode, the flying capacitor C3 and the output capacitor C1 are vertically stacked between the power supply HPVDD and the ground line in the charge operation of the low voltage output mode after the transition. It will be in the state. If the voltage across the flying capacitor C3 and the output capacitor C1 that are vertically stacked is higher than the power supply voltage HPVDD by a predetermined voltage or more, it is interposed between the drain of the P channel transistor P1 and the N well to which the P channel transistor P1 belongs. There is a possibility that current flows through the parasitic diode, causing an abnormality in the operation of the charge pump 1. However, in the present embodiment, when the charging voltages of the output capacitors C1 and C2 and the flying capacitor C3 become αHPVDD = 0.55HPVDD or less, the transition from the relay mode to the low voltage output mode is performed. For this reason, in the charge operation in the low voltage output mode, the voltage across the flying capacitor C3 and the output capacitor C1 that are vertically stacked is 1.1HPVDD, and when HPVDD = 1.8V, the excess from the power supply voltage HPVDD is 0.1HPVDD = 0.18V or so. If the voltage exceeds this level, there is no fear that the parasitic diode described above will be turned on, and the operation of the charge pump 1 will not be abnormal. The above is the reason why α is set to 0.55.
以上の他、本実施形態において高電圧出力モードから低電圧出力モードへの遷移時に中継モードを経由させることには次の利点がある。すなわち、安定したモード間遷移が実現されるという利点である。例えば、負荷駆動部2の出力信号AMPOの振幅がゆっくりと増加するような場合、高電圧出力モードから低電圧出力モードへの遷移時に中継モードを経由させないと次のような不都合が生じる。まず、負荷駆動部2に供給される電源電圧に対して出力信号AMPが一定の限度を越えて接近すると、出力状態検出信号DETOがHレベルとなり、これによりチャージポンプ2が低電圧出力モードから高電圧出力モードに遷移する。ここで、出力状態検出部3として例えば図2(a)に示す出力状態検出部3Aを採用した場合、低電圧出力モードから高電圧出力モードへの遷移に伴って基準レベルREFPの上昇と基準レベルREFMの低下が生じ、出力信号AMPOの振幅の増加がゆっくりであると、Hレベルとなった出力状態検出信号DETOが直ちにLレベルに戻る。このため、高電圧出力モードから低電圧出力モードへの遷移時に中継モードを経由させないとすると、この出力状態検出信号DETOのLレベルへの変化に応答して、直ちに動作モードを低電圧出力モードに遷移させることとなる。しかし、低電圧出力モードに戻ると、それに連動して基準レベルREFPの低下と基準レベルREFMの上昇が生じるため、出力状態検出信号DETOは再びHレベルとなり、低電圧出力モードから高電圧出力モードへの遷移が起こる。このように、負荷駆動部2の出力信号AMPOの振幅がゆっくりと増加するような場合には、低電圧出力モードと高電圧出力モードとの間のモード間遷移が頻発する恐れがある。
In addition to the above, there is the following advantage in passing through the relay mode at the time of transition from the high voltage output mode to the low voltage output mode in the present embodiment. That is, it is an advantage that stable transition between modes is realized. For example, when the amplitude of the output signal AMPO of the
しかしながら、本実施形態では、例えば負荷駆動部2の出力信号AMPOの振幅がゆっくりと増加して、低電圧出力モードから高電圧出力モードへの遷移があった場合において、その後、出力状態検出信号DETOがHレベルからLレベルとなった場合に、高電圧出力モードから中継モードへと遷移させる。そして、中継モードでの動作中、出力状態検出信号DETOが再びHレベルとなれば、動作モードは中継モードから高電圧出力モードへと戻る。このように本実施形態では、負荷駆動部2の出力信号AMPOの振幅がゆっくりと増加するような場合に、低電圧出力モードと高電圧出力モードとの間のモード間遷移が頻発するのを防止し、チャージポンプ1の動作およびチャージポンプ1からの給電を受ける負荷駆動部2の動作を安定させることができる。
However, in the present embodiment, for example, when the amplitude of the output signal AMPO of the
以上説明したように、本実施形態による電力増幅回路は、負荷駆動部の出力状態を監視し、負荷駆動部に供給される電源電圧に対して負荷駆動部の出力信号のレベルが所定限度を越えて接近したことを検知したときに、負荷駆動部に供給する電源電圧をより高い電源電圧に切り換える構成としたので、入力信号に基づいて電源電圧の切り換えを行う構成等に比べて設計が容易であり、安定して適切なタイミングでの電源電圧の切り換えを行うことができる。 As described above, the power amplifier circuit according to the present embodiment monitors the output state of the load driving unit, and the level of the output signal of the load driving unit exceeds a predetermined limit with respect to the power supply voltage supplied to the load driving unit. When it is detected that the power supply voltage is approached, the power supply voltage supplied to the load drive unit is switched to a higher power supply voltage, so it is easier to design than the configuration that switches the power supply voltage based on the input signal. Yes, the power supply voltage can be switched stably and at an appropriate timing.
また、本実施形態によれば、電源回路として、高電圧出力モードと、低電圧出力モードと、中継モードを有するチャージポンプを採用し、チャージポンプの制御部は、低電圧出力モードでの動作時、負荷駆動部の出力信号のレベルが電源電圧に対して所定限度を越えて接近したことを検知したときには、チャージポンプの動作モードを低電圧出力モードから高電圧出力モードへ直ちに遷移させ、負荷駆動部の出力信号のレベルが電源電圧に対して所定限度を越えて接近していないことを検知したときには、チャージポンプの動作モードを高電圧出力モードから中継モードへと遷移させ、その後、低電圧出力モードへと遷移させるようにしたので、高電圧出力モードでの動作時において第1および第2の出力用キャパシタ並びにフライングキャパシタに充電された電荷を中継モードでの動作を経ることにより減らすことができ、低電圧出力モードへの遷移後に、チャージ動作において、直列接続されたフライングキャパシタおよび第1の出力用キャパシタの両端の電圧が異常に大きくなるのを防止し、円滑なモード間遷移を実現することができる。 In addition, according to the present embodiment, a charge pump having a high voltage output mode, a low voltage output mode, and a relay mode is adopted as the power supply circuit, and the control unit of the charge pump is operated in the low voltage output mode. When it is detected that the level of the output signal of the load drive unit has approached the power supply voltage beyond the predetermined limit, the operation mode of the charge pump is immediately changed from the low voltage output mode to the high voltage output mode to drive the load. When it is detected that the output signal level of the unit is not approaching the power supply voltage beyond a predetermined limit, the operation mode of the charge pump is changed from the high voltage output mode to the relay mode, and then the low voltage output Since the mode is shifted to the mode, the first and second output capacitors and the flying cap are operated during the operation in the high voltage output mode. The charge charged in the jitter can be reduced by going through the operation in the relay mode, and after the transition to the low voltage output mode, in the charge operation, the both ends of the flying capacitor and the first output capacitor connected in series are connected. The voltage can be prevented from becoming abnormally large, and smooth transition between modes can be realized.
また、本実施形態によれば、負荷駆動部の出力信号のレベルが電源電圧に対して所定限度を越えて接近していないことを検知したとき、高電圧出力モードから中継モードへと遷移させ、その後、低電圧出力モードへと遷移させるようにしているので、例えば負荷駆動部の出力信号のレベルの上昇速度が遅いような場合に、低電圧出力モードおよび高電圧出力モード間のモード間遷移が頻発するという異常の発生を防止し、チャージポンプおよび負荷駆動部の動作を安定化することができる。 Further, according to the present embodiment, when it is detected that the level of the output signal of the load driving unit is not approaching the power supply voltage beyond a predetermined limit, a transition is made from the high voltage output mode to the relay mode, After that, since the transition to the low voltage output mode is made, for example, when the rate of increase in the level of the output signal of the load driving unit is slow, the transition between the modes between the low voltage output mode and the high voltage output mode is performed. It is possible to prevent the occurrence of frequent abnormality, and to stabilize the operation of the charge pump and the load driving unit.
また、本実施形態において、中継モードでは、平滑化動作が繰り返される。従って、負荷駆動部の出力信号のレベルが電源電圧に対して所定限度を越えて接近していないことを検知し、高電圧出力モードから中継モードへと遷移させた場合、この中継モードでは、第1および第2の出力用キャパシタ並びにフライングキャパシタの各充電電圧は、互いに大きさを同じくしながら次第に低下してゆく。従って、中継モードから低電圧出力モードへの遷移のタイミングを得るために、第1の出力用キャパシタ、第2の出力用キャパシタまたはフライングキャパシタのうち1つのキャパシタの充電電圧のみを監視すればよく、キャパシタの充電電圧を監視する回路が1個のみで済むという利点がある。 In the present embodiment, the smoothing operation is repeated in the relay mode. Therefore, when it is detected that the level of the output signal of the load driving unit has not approached the power supply voltage beyond the predetermined limit and the transition is made from the high voltage output mode to the relay mode, The charging voltages of the first and second output capacitors and the flying capacitor gradually decrease while maintaining the same magnitude. Therefore, in order to obtain the transition timing from the relay mode to the low voltage output mode, it is only necessary to monitor the charging voltage of one of the first output capacitor, the second output capacitor, or the flying capacitor, There is an advantage that only one circuit for monitoring the charging voltage of the capacitor is required.
<他の実施形態>
以上、この発明の実施形態を説明したが、この発明には、他にも各種の実施形態が考えられる。例えば次の通りである。
<Other embodiments>
As mentioned above, although embodiment of this invention was described, various other embodiment can be considered to this invention. For example:
(1)中継モードにおいては、オールOFF動作を省略し、平滑化動作とフライング動作を交互に繰り返すようにしてもよい。 (1) In the relay mode, the all-OFF operation may be omitted, and the smoothing operation and the flying operation may be alternately repeated.
(2)上記実施形態では、中継モードにおいて、第1の出力用キャパシタC1の充電電圧CPVDDを監視対象とし、電圧CPVDDがαHPVDD以下になったときに低電圧出力モードへの遷移を行わせるようにしたが、第2の出力用キャパシタC2またはフライングキャパシタC3の充電電圧を監視対象としてもよい。 (2) In the above embodiment, in the relay mode, the charging voltage CPVDD of the first output capacitor C1 is monitored, and the transition to the low voltage output mode is performed when the voltage CPVDD becomes equal to or lower than αHPVDD. However, the charging voltage of the second output capacitor C2 or the flying capacitor C3 may be monitored.
(3)上記実施形態において、出力状態検出信号DETOがLレベルのまま中継モードが所定時間以上継続したときに、中継モードから低電圧出力モードへの遷移を行わせるようにしてもよい。中継モードへの遷移後の経過時間と第1の出力用キャパシタC1、第2の出力用キャパシタC2およびフライングキャパシタC3の各充電電圧との関係が安定している場合には、このような簡便な方法でも上記実施形態と同様な効果が得られる。 (3) In the above embodiment, the transition from the relay mode to the low voltage output mode may be performed when the relay mode continues for a predetermined time or more while the output state detection signal DETO remains at the L level. When the relationship between the elapsed time after the transition to the relay mode and the charging voltages of the first output capacitor C1, the second output capacitor C2, and the flying capacitor C3 is stable, such a simple operation is possible. In the method, the same effect as the above embodiment can be obtained.
(4)上記実施形態において、電源回路であるチャージポンプ1は、接地レベル(端子GNDのレベル)を中心に正の電源電圧CPVDDおよび負の電源電圧CPVSSを発生したが、接地レベルでない他の基準レベルを中心に正の電源電圧CPVDDおよび負の電源電圧CPVSSを発生させる構成としてもよい。 (4) In the above embodiment, the charge pump 1 that is a power supply circuit generates the positive power supply voltage CPVDD and the negative power supply voltage CPVSS around the ground level (the level of the terminal GND). A positive power supply voltage CPVDD and a negative power supply voltage CPVSS may be generated around the level.
(5)上記実施形態において、電源回路であるチャージポンプ1は、正の入力電源HPVDD、SPVDDを利用して、正の電源電圧CPVDDおよび負の電源電圧CPVSSを発生したが、負の入力電源を利用して、正の電源電圧CPVDDおよび負の電源電圧CPVSSを発生する構成としてもよい。 (5) In the above embodiment, the charge pump 1 that is the power supply circuit generates the positive power supply voltage CPVDD and the negative power supply voltage CPVSS using the positive input power supplies HPVDD and SPVDD. A configuration may be employed in which positive power supply voltage CPVDD and negative power supply voltage CPVSS are generated.
(6)上記実施形態では、スイッチ回路20を構成するスイッチング素子として、電界効果トランジスタを利用したが、バイポーラトランジスタ等の他の種類のスイッチング素子を利用してもよい。 (6) Although the field effect transistor is used as the switching element constituting the switch circuit 20 in the above embodiment, other types of switching elements such as bipolar transistors may be used.
(7)上記実施形態では、チャージポンプ1を電力増幅回路の電源回路として利用したが、本発明によるチャージポンプは、電力増幅回路以外の用途にも適用可能である。 (7) In the above embodiment, the charge pump 1 is used as the power supply circuit of the power amplifier circuit. However, the charge pump according to the present invention is applicable to uses other than the power amplifier circuit.
1……チャージポンプ、2……負荷駆動部、C1……第1の出力用キャパシタ、C2……第2の出力用キャパシタ、C3……フライングキャパシタ、3,3A,3B,3C……出力状態検出部、10……制御部、20……スイッチ回路、P1〜P5……Pチャネルトランジスタ、N1〜N3……Nチャネルトランジスタ。 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Charge pump, 2 ... Load drive part, C1 ... 1st output capacitor, C2 ... 2nd output capacitor, C3 ... Flying capacitor, 3, 3A, 3B, 3C ... Output state Detection unit, 10... Control unit, 20... Switch circuit, P1 to P5... P channel transistor, N1 to N3.
Claims (2)
前記スイッチ回路を制御する制御部とを具備するチャージポンプであり、
前記チャージポンプは、動作モードとして、高電圧出力モードと、低電圧出力モードと、中継モードとを有し、
前記制御部は、前記高電圧出力モードでは、前記フライングキャパシタおよび前記第1の出力用キャパシタの各々に対して前記入力電源の出力電圧を印加する第1のチャージ動作と、前記フライングキャパシタを前記第1の出力用キャパシタから切り離して前記第2の出力用キャパシタに並列接続するフライング動作とを前記スイッチ回路に繰り返し実行させることにより、正および負の電圧を前記第1および第2の出力用キャパシタから出力させ、
前記低電圧出力モードでは、前記フライングキャパシタおよび前記第1の出力用キャパシタを直列接続し、直列接続された前記フライングキャパシタおよび前記第1の出力用キャパシタに対して前記入力電源の出力電圧を印加する第2のチャージ動作と、前記フライングキャパシタおよび前記第1の出力用キャパシタを並列接続する平滑化動作と、前記フライングキャパシタを前記第1の出力用キャパシタから切り離して前記第2の出力用キャパシタに並列接続するフライング動作とを前記スイッチ回路に繰り返し実行させることにより、前記高電圧出力モード時において出力されるものよりも低電圧の正および負の電圧を前記第1および第2の出力用キャパシタから出力させ、
前記中継モードでは、前記入力電源を前記第1および第2の出力用キャパシタと前記フライングキャパシタとから切り離して、前記フライングキャパシタおよび前記第1の出力用キャパシタを並列接続する平滑化動作と、前記フライングキャパシタを前記第1の出力用キャパシタから切り離して前記第2の出力用キャパシタに並列接続するフライング動作とを前記スイッチ回路に繰り返し実行させ、
前記チャージポンプの動作モードが前記低電圧出力モードである期間に、昇圧指令が与えられたとき、前記スイッチ回路の動作モードを前記低電圧出力モードから前記高電圧出力モードに遷移させ、
前記チャージポンプの動作モードが前記高電圧出力モードである期間に、降圧指令が与えられたとき、前記動作モードを前記高電圧出力モードから前記中継モードに遷移させ、その後、前記低電圧出力モードに遷移させることを特徴とするチャージポンプ。 A switch circuit interposed between the first and second output capacitors, the flying capacitor, and the input power supply;
A charge pump comprising a control unit for controlling the switch circuit,
The charge pump has a high voltage output mode, a low voltage output mode, and a relay mode as operation modes,
In the high voltage output mode, the control unit applies a first charge operation for applying an output voltage of the input power source to each of the flying capacitor and the first output capacitor, and the flying capacitor is used as the first capacitor. By causing the switch circuit to repeatedly perform a flying operation that is disconnected from one output capacitor and connected in parallel to the second output capacitor, positive and negative voltages are generated from the first and second output capacitors. Output
In the low voltage output mode, the flying capacitor and the first output capacitor are connected in series, and the output voltage of the input power supply is applied to the flying capacitor and the first output capacitor connected in series. A second charge operation; a smoothing operation in which the flying capacitor and the first output capacitor are connected in parallel; and the flying capacitor is separated from the first output capacitor and parallel to the second output capacitor. By causing the switch circuit to repeatedly execute a flying operation to be connected, positive and negative voltages lower than those output in the high voltage output mode are output from the first and second output capacitors. Let
In the relay mode, a smoothing operation of disconnecting the input power source from the first and second output capacitors and the flying capacitor, and connecting the flying capacitor and the first output capacitor in parallel; and the flying Causing the switch circuit to repeatedly perform a flying operation in which a capacitor is disconnected from the first output capacitor and connected in parallel to the second output capacitor;
When a boost command is given during a period in which the operation mode of the charge pump is the low voltage output mode, the operation mode of the switch circuit is changed from the low voltage output mode to the high voltage output mode,
When a step-down command is given during a period in which the operation mode of the charge pump is the high voltage output mode, the operation mode is changed from the high voltage output mode to the relay mode, and then the low voltage output mode is entered. A charge pump characterized by making a transition.
Priority Applications (4)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2009216696A JP5504782B2 (en) | 2009-09-18 | 2009-09-18 | Charge pump |
US12/807,849 US8289071B2 (en) | 2009-09-18 | 2010-09-15 | Charge pump |
KR1020100091636A KR101107143B1 (en) | 2009-09-18 | 2010-09-17 | Charge pump |
CN201010287494.8A CN102025269B (en) | 2009-09-18 | 2010-09-17 | Charge pump |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2009216696A JP5504782B2 (en) | 2009-09-18 | 2009-09-18 | Charge pump |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2011067038A true JP2011067038A (en) | 2011-03-31 |
JP5504782B2 JP5504782B2 (en) | 2014-05-28 |
Family
ID=43756119
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2009216696A Active JP5504782B2 (en) | 2009-09-18 | 2009-09-18 | Charge pump |
Country Status (4)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US8289071B2 (en) |
JP (1) | JP5504782B2 (en) |
KR (1) | KR101107143B1 (en) |
CN (1) | CN102025269B (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN103199695A (en) * | 2012-01-06 | 2013-07-10 | 立锜科技股份有限公司 | Control circuit and method for audio output device, charge pump and control method thereof |
Families Citing this family (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
GB2455524B (en) * | 2007-12-11 | 2010-04-07 | Wolfson Microelectronics Plc | Charge pump circuit and methods of operation thereof and portable audio apparatus including charge pump circuits |
US20150249403A1 (en) * | 2012-09-13 | 2015-09-03 | National Institute Of Advanced Industrial Science And Technology | Multilevel Power Conversion Circuit and Device |
US9729048B2 (en) | 2014-08-04 | 2017-08-08 | Skyworks Solutions, Inc. | Apparatus and methods for charge pumps for radio frequency systems |
KR102695525B1 (en) * | 2019-05-30 | 2024-08-14 | 삼성전자주식회사 | Boost converter, and cell applicable to the boost converter |
CN112448576B (en) * | 2020-11-16 | 2022-10-25 | 上海唯捷创芯电子技术有限公司 | Positive and negative voltage charge pump circuit, chip and communication terminal |
KR102514607B1 (en) * | 2020-12-24 | 2023-03-29 | 울산과학기술원 | Hybrid step-up/down converter apparatus |
Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2007244051A (en) * | 2006-03-07 | 2007-09-20 | Rohm Co Ltd | Boosting circuit and electric appliance equipped with the same |
WO2008078120A1 (en) * | 2006-12-22 | 2008-07-03 | Wolfson Microelectronics Plc | Charge pump circuit and methods of operation thereof |
Family Cites Families (9)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH0828965B2 (en) | 1992-09-02 | 1996-03-21 | 日本電気株式会社 | Voltage conversion circuit |
TW200416438A (en) * | 2003-02-13 | 2004-09-01 | Rohm Co Ltd | Power source device for driving a display device, and the display device |
KR100524985B1 (en) * | 2003-08-26 | 2005-10-31 | 삼성전자주식회사 | Effective boosting circuit, boosting power unit having it and providing for automatically load-dependent boosting, and power boosting control method thereof |
JP2005151777A (en) | 2003-11-19 | 2005-06-09 | Sanyo Electric Co Ltd | Charge pumping circuit and amplifier |
CN101127483B (en) * | 2006-08-18 | 2010-06-16 | 盛群半导体股份有限公司 | Power supplier for field emission display |
US7977926B2 (en) * | 2007-07-06 | 2011-07-12 | Advanced Analogic Technologies, Inc. | Boost and up-down switching regulator with synchronous freewheeling MOSFET |
US7808301B2 (en) * | 2007-07-26 | 2010-10-05 | Macronix International Co., Ltd. | Multiple-stage charge pump circuit with charge recycle circuit |
US8310218B2 (en) * | 2007-08-08 | 2012-11-13 | Advanced Analogic Technologies, Inc. | Time-multiplexed-capacitor DC/DC converter with multiple outputs |
US8829979B2 (en) * | 2010-02-25 | 2014-09-09 | Broadcom Corporation | Power-efficient multi-mode charge pump |
-
2009
- 2009-09-18 JP JP2009216696A patent/JP5504782B2/en active Active
-
2010
- 2010-09-15 US US12/807,849 patent/US8289071B2/en not_active Expired - Fee Related
- 2010-09-17 CN CN201010287494.8A patent/CN102025269B/en not_active Expired - Fee Related
- 2010-09-17 KR KR1020100091636A patent/KR101107143B1/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2007244051A (en) * | 2006-03-07 | 2007-09-20 | Rohm Co Ltd | Boosting circuit and electric appliance equipped with the same |
WO2008078120A1 (en) * | 2006-12-22 | 2008-07-03 | Wolfson Microelectronics Plc | Charge pump circuit and methods of operation thereof |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN103199695A (en) * | 2012-01-06 | 2013-07-10 | 立锜科技股份有限公司 | Control circuit and method for audio output device, charge pump and control method thereof |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
US8289071B2 (en) | 2012-10-16 |
JP5504782B2 (en) | 2014-05-28 |
CN102025269A (en) | 2011-04-20 |
US20110068856A1 (en) | 2011-03-24 |
KR101107143B1 (en) | 2012-02-07 |
CN102025269B (en) | 2013-11-06 |
KR20110031129A (en) | 2011-03-24 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
KR101014738B1 (en) | Voltage rising/falling type switching regulator and reverse current prevention method | |
JP5169170B2 (en) | Step-down switching regulator | |
TWI431452B (en) | Low dropout regulators, dc to dc inverters and method for low dropout regulation | |
JP5504782B2 (en) | Charge pump | |
KR100871947B1 (en) | Overcurrent detecting circuit and power supply device provided with it | |
US7388422B2 (en) | Charge pump circuit for high side drive circuit and driver driving voltage circuit | |
CN101872207B (en) | Voltage regulator circuit | |
JP5852380B2 (en) | DC / DC converter | |
CN105229908A (en) | The protection of switched capacitor power converter | |
TWI545880B (en) | Dc/dc converter | |
US8797009B2 (en) | Auto cascode buck voltage converter | |
US20130207717A1 (en) | Charge Pump Circuit | |
JP2016119700A (en) | Semiconductor device | |
JP2013258892A (en) | Switching power-supply device | |
JP5333112B2 (en) | Power amplifier circuit | |
JP7216846B1 (en) | Control circuit for power converter | |
KR101322738B1 (en) | Level converter for switch control of dc-dc converter | |
JP5500356B2 (en) | Inductive element drive circuit | |
JP2011067025A (en) | Dc-dc converter | |
CN104578705A (en) | Control circuit of power conversion circuit and relevant capacitor charging circuit | |
JP2007151322A (en) | Power circuit and dc-dc converter | |
US20240113709A1 (en) | Bias circuit | |
KR101879653B1 (en) | DC-DC converter having stable output characteristic over wide range of input voltage | |
JP2005204366A (en) | Dc-dc converter | |
JP2018078758A (en) | Dc/dc converter |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20120720 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20130910 |
|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20130911 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20131108 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20140218 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20140303 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 5504782 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |